研究型教學(xué)模式在《計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)》教學(xué)中的應(yīng)用探索

王美麗，王澤鵬，楊 龍

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 楊凌 712000)

一、引言

大學(xué)“雙一流”建設(shè)的目標(biāo)是培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才，目前高校教師以教學(xué)科研型教師為主，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、處理好科研與教學(xué)的關(guān)系是高等教育面臨的問(wèn)題，研究表明，科研促進(jìn)教學(xué)對(duì)于提高教師教學(xué)水平和科研能力以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐精神具有重要的作用[1]。然而目前課程教學(xué)通常是教師以教授為主、學(xué)生以識(shí)記為主，沒(méi)有結(jié)合創(chuàng)新實(shí)踐的模式，這是造成學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新意識(shí)的主要原因。創(chuàng)建“雙一流”大學(xué)、培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才必須將教學(xué)與科研結(jié)合起來(lái)，一方面提高教師科研能力，把創(chuàng)新教育作為評(píng)價(jià)教師課程教學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面將教師科研成果引入教學(xué)，充分把科研優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為教學(xué)優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研的相輔相成[2]。近年來(lái)，我國(guó)動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了一批諸如《秦時(shí)明月》《大圣歸來(lái)》《哪吒》等優(yōu)秀影視動(dòng)畫(huà)作品，但是對(duì)動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域的投資力度相對(duì)較小以及對(duì)人才培養(yǎng)投入的不足嚴(yán)重制約了我國(guó)動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為了推動(dòng)國(guó)內(nèi)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)專業(yè)教學(xué)的改革就變得刻不容緩[3-4]。作者探索研究型教學(xué)模式在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)課程中的實(shí)踐應(yīng)用。

二、目前課程教學(xué)存在問(wèn)題分析

(一)課程設(shè)置不系統(tǒng)，授課內(nèi)容分散

《計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)》課程主要授課內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)基本原理、基本概念、OpenGL動(dòng)畫(huà)編程、圖形基礎(chǔ)、關(guān)鍵幀插值、粒子系統(tǒng)、角色動(dòng)畫(huà)及物理動(dòng)畫(huà)等，涉及的內(nèi)容從學(xué)科基本理論知識(shí)到科研活動(dòng)應(yīng)用再到動(dòng)畫(huà)產(chǎn)品制作，內(nèi)容比較分散，且每一方面都有大量的知識(shí)需要學(xué)習(xí)，因此需要針對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，讓同學(xué)們?cè)诿恳粋€(gè)模塊都能形成系統(tǒng)性的知識(shí)框架，增加教學(xué)深度。此外教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際市場(chǎng)的需求相脫節(jié)[4]，考慮當(dāng)前社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)專業(yè)人才的需求，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)專業(yè)的教學(xué)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容需要注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。然而大多數(shù)高校并非如此，并沒(méi)有按照市場(chǎng)的需求去設(shè)置專業(yè)課程，在教學(xué)過(guò)程中采用照本宣科的死板模式，應(yīng)用創(chuàng)新方面不夠突出，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新思維跟不上，不能滿足社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)專業(yè)人才的需求。

(二)與學(xué)科前沿結(jié)合不夠，缺乏科研訓(xùn)練

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)發(fā)展迅速，然而目前授課使用的教材往往是幾年前撰寫(xiě)完成的，未能與最新的科研技術(shù)接軌，導(dǎo)致教材雖然對(duì)領(lǐng)域內(nèi)基本的知識(shí)講解充分，但是對(duì)最前沿的成果與最新發(fā)展方向講解不足，進(jìn)而造成人才輸出落后，學(xué)生雖然掌握了基本的理論知識(shí)，卻不能迅速地應(yīng)用到自己的科研方向上，阻礙了學(xué)生有意愿繼續(xù)深造的發(fā)展。

(三)考核方式不全面

目前多數(shù)高校對(duì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)課程的考核依照傳統(tǒng)課程考核方法，主要以課程實(shí)驗(yàn)、期末大作業(yè)為主，沒(méi)有深入的理論性指導(dǎo)，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，而且通常由任課教師獨(dú)立完成成績(jī)?cè)u(píng)定，具有較強(qiáng)的主觀性，不符合本課程的特征，導(dǎo)致這種考核方式起不到積極促進(jìn)的作用[3]。

三、改革措施

(一)授課內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)首先要遵循實(shí)用性原則，其次要注重系統(tǒng)性和復(fù)合性。通過(guò)梳理已有課程體系及課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，增加教學(xué)深度。結(jié)合課程內(nèi)容分為以下三個(gè)模塊：動(dòng)畫(huà)基礎(chǔ)(基本原理及概念、圖形基礎(chǔ)、OpenGL編程基礎(chǔ)、關(guān)鍵幀插值)、三維建模(多邊形建模、曲面建模、參數(shù)化建模)及動(dòng)畫(huà)制作(流體動(dòng)畫(huà)、角色動(dòng)畫(huà))。

針對(duì)每一個(gè)模塊再進(jìn)行小模塊梳理。以角色動(dòng)畫(huà)中的人臉動(dòng)畫(huà)為例，小模塊設(shè)計(jì)思路如下：三維建模-三維掃描儀獲取-變形技術(shù)-數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)生成，其中人臉動(dòng)畫(huà)制作的四個(gè)模塊之間層層遞進(jìn)，每一個(gè)模塊都在前一個(gè)模塊完成的基礎(chǔ)上構(gòu)建，具有很強(qiáng)的邏輯性。模塊化課程設(shè)計(jì)有助于增強(qiáng)課程內(nèi)容間的邏輯性，幫助學(xué)生更快地建立科學(xué)的理論體系，有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解與記憶。

(二)科研嵌入式教學(xué)模式

在課程內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合前沿技術(shù)和科研成果，開(kāi)展科研嵌入式教學(xué)模式的探索以強(qiáng)化教學(xué)質(zhì)量[5]，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 認(rèn)真設(shè)置科研課題，融入教師的科研感悟

大部分高校設(shè)置的教學(xué)課程重視基礎(chǔ)理論教學(xué)的研究，而一個(gè)領(lǐng)域的研究不是停滯不變的，尤其對(duì)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域其發(fā)展更是日新月異。因此，課程設(shè)置應(yīng)結(jié)合最新科研成果和市場(chǎng)需求，在模塊化授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上認(rèn)真設(shè)置科研課題[2]。以計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)課程為例，可以為學(xué)生挑選出2-3個(gè)當(dāng)下最新的動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域科研成果報(bào)告會(huì)，在課程設(shè)置中加入在線觀看技術(shù)報(bào)告會(huì)這一環(huán)節(jié)，觀看結(jié)束后師生可進(jìn)行交流和討論，讓學(xué)生增強(qiáng)對(duì)理論教學(xué)和科研實(shí)踐二者之間融合與聯(lián)系的認(rèn)知度，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的主動(dòng)性和積極性。除此之外，課程的教學(xué)可適時(shí)引入教師本人的科研課題，從中提煉出適合學(xué)生水平并具有一定挑戰(zhàn)性，符合課程特色的理論或?qū)嵺`課題。筆者從事的是計(jì)算機(jī)圖形圖像的相關(guān)研究，在教學(xué)安排中，可從中選取相關(guān)的科研成果來(lái)設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目，主要考慮一些能讓學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)、具備深度且適合用動(dòng)畫(huà)展示出來(lái)的科研項(xiàng)目，從而激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

2. 采取靈活多樣的授課方式

以大班講授、小班研討、科研團(tuán)隊(duì)輔導(dǎo)為整體教學(xué)模式。采取學(xué)院認(rèn)證教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)、學(xué)生選擇教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的模式來(lái)進(jìn)行教學(xué)[6-7]。

首先主講教師以制定的科研課題為例講授課程內(nèi)容，授課過(guò)程中允許師生互動(dòng)討論，將學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)，緊接著將需要實(shí)踐的部分給學(xué)生予以演示，實(shí)驗(yàn)條件允許的話應(yīng)該將學(xué)生的實(shí)踐部分也加入進(jìn)來(lái)，便于學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行初步探索。為了便于教師輔導(dǎo)，可以將學(xué)生分成小組，對(duì)于30人的課程容量，可設(shè)置1名授課教師以大班形式授課，3個(gè)科研團(tuán)隊(duì)以小班形式進(jìn)行研討。

3. 注重啟發(fā)式輔導(dǎo)及課題延續(xù)性的應(yīng)用

教師可以通過(guò)設(shè)置問(wèn)題的方式提高學(xué)生的主動(dòng)性，例如在模型創(chuàng)建中，可以向?qū)W生提出模型是否體現(xiàn)了角色特征、還可以增加哪些細(xì)節(jié)、模型是否能夠在不同情景下活動(dòng)自如并做出合適的姿態(tài)等問(wèn)題。在編程中，可以向?qū)W生提出如何減少內(nèi)存的開(kāi)銷、如何提升程序運(yùn)行的速率、代碼是否可以簡(jiǎn)化等問(wèn)題。在動(dòng)畫(huà)制作中，可以向?qū)W生提出動(dòng)畫(huà)的故事是否有改進(jìn)的地方、動(dòng)畫(huà)的制作速度能否提升等問(wèn)題。這些問(wèn)題可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)思考，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加牢固。

4. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目—科研訓(xùn)練—畢業(yè)設(shè)計(jì)一體化訓(xùn)練模式

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此需要整合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將科研思維融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而有效提升教學(xué)質(zhì)量[8]。在課程內(nèi)容模塊化的基礎(chǔ)上，從平時(shí)實(shí)驗(yàn)課程中精選出實(shí)驗(yàn)題目，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行凝練，作為科研訓(xùn)練項(xiàng)目，進(jìn)一步對(duì)科研訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行升華，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，使得從設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)題目到科研訓(xùn)練再到畢業(yè)設(shè)計(jì)，逐漸探索出科研訓(xùn)練和畢業(yè)實(shí)習(xí)一體化的教學(xué)模式[9]。

5. 科研訓(xùn)練基礎(chǔ)環(huán)節(jié)-文獻(xiàn)閱讀與綜述

文獻(xiàn)閱讀是學(xué)生跨入科研門檻、提升科研能力的基礎(chǔ)，然而多數(shù)學(xué)生初步嘗試閱讀文獻(xiàn)時(shí)常常會(huì)感到困惑，例如不知道閱讀哪些論文、讀多篇論文還是精讀論文。不可否認(rèn)，一定的數(shù)量會(huì)帶來(lái)質(zhì)量的提升，但前提是要采用正確的方法。首先對(duì)于文獻(xiàn)的精選，應(yīng)該首先選擇精選領(lǐng)域內(nèi)頂級(jí)期刊、會(huì)議論文，針對(duì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)，推薦ACM Transactions on Graphics(TOG)、 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics(TVCG)及ACM SIGGRAPH Annual Conference(SIGGRAPH)等期刊與會(huì)議的相關(guān)論文，挑選重點(diǎn)文章進(jìn)行精讀。

在文獻(xiàn)閱讀的基礎(chǔ)上，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。教師可以首先要求學(xué)生在科研實(shí)踐前根據(jù)所選課題完成一篇3000-5000字、參考文獻(xiàn)20篇以上的文獻(xiàn)綜述；在熟悉前人研究工作的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生提出針對(duì)選題的可行性實(shí)驗(yàn)方案。接著學(xué)生根據(jù)自己的科研訓(xùn)練方案按計(jì)劃進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)操作，完成既定訓(xùn)練目標(biāo)，科研訓(xùn)練任務(wù)結(jié)束。最后學(xué)生根據(jù)科研訓(xùn)練內(nèi)容寫(xiě)出科研訓(xùn)練總結(jié)報(bào)告。在第八學(xué)期開(kāi)學(xué)后，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析方案，查閱文獻(xiàn)資料，提出創(chuàng)新點(diǎn)，擬定畢業(yè)論文題目。在科研訓(xùn)練及畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文，提升本科生科研水平。

6. 科研反哺教學(xué)，從課內(nèi)走向課外

科學(xué)研究對(duì)于部分學(xué)生來(lái)說(shuō)相對(duì)枯燥，不利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，且理論知識(shí)過(guò)于抽象，不利于學(xué)生對(duì)學(xué)科內(nèi)容的深入理解，因此可以鼓勵(lì)學(xué)生參加“計(jì)算機(jī)動(dòng)漫創(chuàng)意大賽”及各地區(qū)級(jí)的動(dòng)漫設(shè)計(jì)大賽等與動(dòng)畫(huà)課程相關(guān)的競(jìng)賽，將科研進(jìn)一步帶入到課外實(shí)踐中，將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的創(chuàng)作中，從而讓學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)對(duì)科研更深層次的興趣。

四、教學(xué)效果檢驗(yàn)

以上改革措施之間環(huán)環(huán)相扣，且具有非常明確的科研目的，任何環(huán)節(jié)的結(jié)果都與后續(xù)項(xiàng)目密切關(guān)聯(lián)，因此考核上也不能依照傳統(tǒng)方式，應(yīng)該重新制定考核方案。通過(guò)以上改革措施可以將小組項(xiàng)目(含匯報(bào))、科創(chuàng)項(xiàng)目(含匯報(bào))、參加競(jìng)賽、動(dòng)畫(huà)作品及發(fā)表論文等五方面納入考核范圍[10]，針對(duì)以上項(xiàng)目單獨(dú)進(jìn)行考核，其中任何一項(xiàng)都可以替代期末成績(jī)，學(xué)生可以都參與，最終取最高分作為期末成績(jī)。

學(xué)生完成課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以等到課程的全部授課內(nèi)容、所有項(xiàng)目結(jié)束后，依據(jù)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果融會(huì)貫通地以單個(gè)項(xiàng)目、幾個(gè)項(xiàng)目的形式提交，無(wú)需每個(gè)實(shí)驗(yàn)都對(duì)應(yīng)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由學(xué)生親自上臺(tái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行講述匯報(bào)，期間可與授課教師進(jìn)行交流探討，促使學(xué)生用準(zhǔn)確、簡(jiǎn)明的語(yǔ)句講解自己的觀點(diǎn)。這樣的模式不僅可以提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的敏銳度、增強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的歸納總結(jié)熟練度和概括實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度、科學(xué)規(guī)范的科研論文寫(xiě)作能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與匯報(bào)能力，為完成其他科研項(xiàng)目和以后研究生階段的培養(yǎng)任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

以上項(xiàng)目完成情況考查學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的掌握程度、編程能力、自主解決問(wèn)題及匯報(bào)能力等；進(jìn)一步的科研訓(xùn)練是小組項(xiàng)目的延伸，一般獲批率不到20%，對(duì)于能夠獲批科研項(xiàng)目的同學(xué)，直接認(rèn)定為良好以上，具體成績(jī)由獲批的科研項(xiàng)目等級(jí)決定。

科研交流同樣是一項(xiàng)十分重要的科研能力，科研人員之間的交流往往能給自己的研究帶來(lái)更多的啟發(fā)，推動(dòng)研究的進(jìn)展，目前國(guó)際上眾多的學(xué)術(shù)會(huì)議都是為了給科研人員提供一個(gè)交流的平臺(tái)。發(fā)表科研論文是進(jìn)行科研交流的前提，在小組項(xiàng)目、科研訓(xùn)練基礎(chǔ)上，科研論文主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果歸納、寫(xiě)作能力及對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料的掌握。對(duì)于學(xué)生的來(lái)說(shuō)，寫(xiě)作能力是一項(xiàng)十分重要的科研能力，良好的寫(xiě)作能力不僅有助于之后論文的撰寫(xiě)，也能讓學(xué)生在進(jìn)行學(xué)位論文撰寫(xiě)時(shí)更加輕松。在教學(xué)考核的內(nèi)容中增加論文寫(xiě)作的內(nèi)容既可以達(dá)到優(yōu)化考核的目的，也可以提前讓學(xué)生鍛煉自己的論文寫(xiě)作能力，是一項(xiàng)一舉多得的舉措，此項(xiàng)成績(jī)認(rèn)定主要參考學(xué)生發(fā)表不同級(jí)別刊物的論文來(lái)定。

五、結(jié)論

為了滿足培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的需求，我們必須要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革，而實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研的相輔相成對(duì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)課程教學(xué)改革來(lái)說(shuō)是非常必要的。作者分別從授課內(nèi)容選取、授課模式、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及考核方式等方面進(jìn)行實(shí)踐闡述，深度融合科研于各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，致力于構(gòu)建完善、有效的研究型教學(xué)模式，最終取得科研和教學(xué)相輔相成的模式成果，提升知識(shí)傳播效果及學(xué)生的知識(shí)水平，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力。